《直流电机基础》课件.ppt

1、海南风光第一节直流电机基础 精选ppt精选ppt 一、直流电机的工作原理一、直流电机的工作原理 直流电源直流电源电刷电刷换向器换向器线圈线圈U+NS电刷电刷换向片换向片II0 0注意：注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。精选ppt由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆 时针旋转。时针旋转。FFU+NS电刷电刷换向片换向片II直流电动机直流电动机精选pptN SiabcdFFii+-

2、n电动机模型1主磁极线线圈圈电电枢枢气隙N SiabcdFFii+-n电动机模型1主磁极线线圈圈电电枢枢气隙精选ppt精选ppt结论结论1:1:v在直流电动机中，电源供给的是直流电在直流电动机中，电源供给的是直流电流，而电枢线圈内的电流则是交变的。流，而电枢线圈内的电流则是交变的。v通过换向片与电刷的交替接触，每当线通过换向片与电刷的交替接触，每当线圈跨过中性线时，线圈内的电流就改变圈跨过中性线时，线圈内的电流就改变方向。方向。精选pptFFU+NS电刷电刷换向片换向片IIEE由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方

3、向与电流的方向相反。电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。精选pptN Seabcde+AB-电刷电刷换换向向片片n发电机模型n原动机用右手定则用右手定则,判感应电动势判感应电动势EaEa的方向的方向精选pptU+NSEEIa精选ppt结论结论2:2:v在直流发电机中，电枢线圈内的电动势是交在直流发电机中，电枢线圈内的电动势是交变的。变的。v每当线圈跨过中性线时，线圈中的电动势就每当线圈跨过中性线时，线圈中的电动势就改变方向。改变方向。v只是由于与电刷接触的换向片不断交替，两只是由于与电刷接触的换向片不断交替，两电刷之间才得到一个方向不变的直流电动势。电刷之间才得到一个方向不变的直流电动势

4、。精选pptN SiabcdFFii+AB-n电动机模型N Seabcde+AB-n发电机模型精选ppt直流电机的运行是可逆的，即同一台直流直流电机的运行是可逆的，即同一台直流电机可作发电机运行，也可作电动机运行，电机可作发电机运行，也可作电动机运行，关键在输入功率的性质关键在输入功率的性质发电机：外部有原动机带动电机转子旋转，将机发电机：外部有原动机带动电机转子旋转，将机械能转变为电能。电机输出电功率的同时，导体元件械能转变为电能。电机输出电功率的同时，导体元件中产生电流，形成制动转矩。中产生电流，形成制动转矩。电动机：外部有直流电源输入，将电能转变为机械电动机：外部有直流电源输入，将电能转

5、变为机械能。电机轴上输出机械功率的同时，导体元件在磁极下能。电机轴上输出机械功率的同时，导体元件在磁极下运动产生反电动势。运动产生反电动势。精选ppt精选ppt二、二、直流电机的结构直流电机的结构直流电机主要由定子和转子和两大部分构成。直流电机主要由定子和转子和两大部分构成。机座机座磁极磁极励磁励磁绕组绕组转子转子励磁式直流电动机结构励磁式直流电动机结构精选ppt1.定子（静止部分）定子（静止部分）精选ppt精选ppt精选ppt精选ppt2.转子（转动部分，又称电枢）转子（转动部分，又称电枢）是感应电动势并实现能量转换的关键部件。是感应电动势并实现能量转换的关键部件。主要组成部件及功能：主要组

6、成部件及功能：（1）电枢铁芯：一是作为主磁通的主要通路；二是嵌放）电枢铁芯：一是作为主磁通的主要通路；二是嵌放电枢绕组。电枢绕组。（2）电枢绕组（线圈）：感应电动势、通过电流、产生）电枢绕组（线圈）：感应电动势、通过电流、产生电磁转矩，使电机实现能量转换。电磁转矩，使电机实现能量转换。（3）换向器：在直流电动机中，它的作用是将电刷两端）换向器：在直流电动机中，它的作用是将电刷两端的直流电流转变为绕组内的交变电流；在发电机中，它的直流电流转变为绕组内的交变电流；在发电机中，它将绕组内的交变电动势转换为电刷两端的直流电压。将绕组内的交变电动势转换为电刷两端的直流电压。（4）转轴：起转子旋转的支撑作

7、用，需一定的机械强度，）转轴：起转子旋转的支撑作用，需一定的机械强度，一般用圆钢加工而成。一般用圆钢加工而成。精选ppt精选ppt精选ppt精选ppt1 1、直流电机型号、直流电机型号铁芯长度（铁芯长度（1号为短铁心，号为短铁心，2号为长铁心）号为长铁心）机座号（是电机底脚到转轴中心的高度代号）机座号（是电机底脚到转轴中心的高度代号）第第2次设计（改进设计）次设计（改进设计）Z2 72Z Z 直流直流F F 发电机发电机D D 电动机电动机W W 卧式卧式L L 立式立式O O 封闭封闭C C 船用船用K K 高速高速Q Q 牵引牵引Y Y 冶金冶金直流电机直流电机 精选ppt精选ppt（2

8、2）额定电压）额定电压 U UN N 指额定状态下电枢出线端的电压，单位为指额定状态下电枢出线端的电压，单位为“V”“V”。（3 3）额定电流）额定电流 I IN N 指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，指电机在额定电压、额定功率时的电枢电流值，单单位为位为“A”“A”。（4 4）额定转速）额定转速 n nN N 指电机在额定状态下运行时电机转子的转速，单位指电机在额定状态下运行时电机转子的转速，单位为为“r/min”“r/min”。（5 5）励磁方式和额定励磁电流）励磁方式和额定励磁电流 I IfNfN 励磁方式可分为三大类：永磁式、他励式和自励式。励磁方式可分为三大类：永磁式、他励式

9、和自励式。自励式又可分为并励式、串励式和复励式。自励式又可分为并励式、串励式和复励式。额定励磁电流额定励磁电流指电机在额定状态时的励磁电流值。指电机在额定状态时的励磁电流值。另外，额定转矩另外，额定转矩T TN N、额定效率和额定温升等额定值、额定效率和额定温升等额定值不一定标在铭牌上，但它们仍是额定值。不一定标在铭牌上，但它们仍是额定值。精选ppt例例1-11-1 某台直流电动机的额定值为：某台直流电动机的额定值为：PN=10kW，UN=220V，nN=1500r/min,=88.6%,求该电动机额定运行求该电动机额定运行时的输入功率时的输入功率 PI、电流、电流IN及额定输出转矩及额定输出

10、转矩T2N。N解解 额定输入功率额定输入功率 AUPINNNN3.51886.022010101033额定电流额定电流额定输出转矩额定输出转矩mNnPTNNN7.631500101055.955.932kWPPNN29.11886.0101精选ppt四、直流电机的电枢绕组精选ppt精选ppt2 2、绕组的基本型式、绕组的基本型式精选ppt精选ppt精选ppt 3、单叠绕组展开图、单叠绕组展开图1.1.画出元件画出元件2.2.放主磁极放主磁极3.3.画出换向器画出换向器4.4.连绕组连绕组5.5.电刷位置和电枢绕组的并联支路数电刷位置和电枢绕组的并联支路数画图步骤：画图步骤：单叠绕组特点：单叠绕

11、组特点：1.1.并联支路数等于主磁极数并联支路数等于主磁极数 2a=2P2a=2P；P-P-主磁极对数；主磁极对数；a-a-支路对数支路对数2.2.电刷数等于主磁极数电刷数等于主磁极数 2b=2P2b=2P；b-b-电刷对数电刷对数3.3.电枢的电势等于支路的电势。电枢的电势等于支路的电势。4.4.电枢总电流等于各支路电流之和。电枢总电流等于各支路电流之和。精选ppt精选ppt 1 1、直流电机的励磁方式、直流电机的励磁方式 （1）他励直流电机）他励直流电机 （2）并励直流电机）并励直流电机 （4）复励直流电机）复励直流电机（3 3）串励直流电机）串励直流电机精选ppt2 2、直流电机的空载磁

12、场、直流电机的空载磁场（1 1）直流电机的磁路）直流电机的磁路N NS S励磁绕组定子磁轭极靴极身气隙电枢齿电枢磁轭四极直流电机空载时磁场示意图漏磁通主磁通主磁通主磁感应线：N极N极下气隙电枢铁心相邻S极下气隙相邻S极定子磁轭精选ppt（2 2）空载时空气隙磁通密度的分布曲线）空载时空气隙磁通密度的分布曲线（3 3）直流电机的磁化曲线）直流电机的磁化曲线精选ppt3 3、直流电机负载时的磁场及电枢反应、直流电机负载时的磁场及电枢反应精选ppt阶梯级数为PSPS22221阶梯形波或三角形波的幅值为)(222AADNiPSNiFaayaax电枢磁场的磁密沿电枢表面分布曲线)(00TFHBaxaxa

13、x电枢反应的作用：电枢反应的作用：（一）负载时气隙磁场发生了畸变（一）负载时气隙磁场发生了畸变（二）呈去磁作用（二）呈去磁作用232),(2122),(21xANiFxANiFyaaxyaaxyy精选ppt几何中性线N NS SB0S SN N电枢磁场分布几何中性线N NS S物理中性线带负载 磁场分布精选ppt六、感应电动势和电磁转矩的计算六、感应电动势和电磁转矩的计算 1、感应电动势的计算、感应电动势的计算 电角度和机械角度：电角度和机械角度：机械角度机械角度 ：电枢旋转一周，机械角度变化：电枢旋转一周，机械角度变化360360度或度或22弧度弧度。m机械角速度机械角速度 弧度弧度/秒秒=

14、n602电角度电角度 ：电枢旋转经过：电枢旋转经过2 2个极距，电角度变化个极距，电角度变化360360度或度或22弧度。弧度。emep电角速度电角速度 npp602 EaEa为支路各串联绕组元件内感应电动势之和。为支路各串联绕组元件内感应电动势之和。任一元件转过任一元件转过，各元件内感应电动势瞬时值不同，但转过一极距时感应，各元件内感应电动势瞬时值不同，但转过一极距时感应电动势的平均值相等。电动势的平均值相等。由电磁感应定律：由电磁感应定律：；为每个绕组元件的匝数。为每个绕组元件的匝数。一元件转过一极距后感应电动势的平均值（数值）：一元件转过一极距后感应电动势的平均值（数值）：转过一极距：电

15、角度转过一极距：电角度 ,即即 2dtdNeyyNtet精选pptpnNnpNNtNEyyyyav6046022电枢绕组总元件数为电枢绕组总元件数为S S，每支路串联元件数为，每支路串联元件数为电枢表面总导体数：电枢表面总导体数：电枢电动势电枢电动势 aS2ySNZ2nCnapZpnNaSEaSEeyava 6060422重要结论重要结论：apZCnCEeea60 ffIK（电势系数、电势常数）精选ppt2、电磁转矩的计算、电磁转矩的计算B(x)B(x)是是x x的函数的函数某一根导体的某一根导体的T(x)dxT(x)dx弧长内导体所建立的弧长内导体所建立的dTdT TdT 22pTTem2

16、（1 1）1 1根导体：根导体：（2）dxdx弧长中的导体数（假设导体在电枢表面均分，总数弧长中的导体数（假设导体在电枢表面均分，总数Z Z）：）：（3）dxdx区间内导体所建立的转矩：区间内导体所建立的转矩：（4 4）主极下导体产生的转矩：）主极下导体产生的转矩：其中磁通其中磁通 )2(aaxxaxxDliBTliBFdxDZadxZliBdxDZTdTaxax2)(222222axaZildxBZidTTldxBx22aaaiI2aMaaemICIapZaaiZppTT222222重要结论重要结论：aMemICTapZCM2（CM为转矩系数、转矩常数）精选ppt特点：增加电机磁极对数增加电

17、机磁极对数p p或总导体数或总导体数Z Z可增大电磁转矩。可增大电磁转矩。对他励对他励DCDCM M，不考虑电枢反应影响时、励磁电，不考虑电枢反应影响时、励磁电流恒定时，有流恒定时，有优点：直流电动机的转矩直接受电枢电流控制。优点：直流电动机的转矩直接受电枢电流控制。常数，MTaTemCCICT 55.9260eMCC精选ppt七、直流电机的换向七、直流电机的换向精选ppt1、换向的电磁现象、换向的电磁现象（1）电抗电动势）电抗电动势KaxaxMLxTiLdtdiLeee2（2）电枢反应电动势）电枢反应电动势aelvBNeaya2精选ppt2、改善换向的方法、改善换向的方法精选ppt3、补偿绕组、补偿绕组精选ppt